Was ist „Partition Alignment“ und was verbirgt sich hinter dem „Paragon Alignment Tool“?

Dieser Beitrag befasst sich mit dem Thema der Ausrichtung von Partitionen (Partition Alignment). Es werden die Schwierigkeiten beim Ausrichten der Partitionen auf modernen Festplatten erklärt, zudem zeigt der Beitrag auf, wie Sie diese mit der neuen Paragon Software “ Paragon Alignment Tool (PAT)“ einfach in den Griff bekommen können.

Im Grunde basieren alle Probleme bei der Partitionsausrichtung auf der Tatsache, dass Dateien auf physischen Speichern auf eine sehr komplexe Art und Weise gesichert werden. Traditionell liegt die kleinste Speichermenge von Daten auf einer Festplatte bei 512 bytes – einem Sektor. Jedoch ist der von dem Betriebssystem genutzte Wert eines Speicherstücks deutlich größer. Es handelt sich dabei nämlich um virtuelle Speicherstücke, die sogenannten clustern (blocks, chunk etc.). Diese können typischerweise Größen von einem Sektor (512b) bis hin zu 128 Sektoren (64kb) haben.

In modernen Festplatten (SSD) haben sich aber nun die Voraussetzungen geändert. Die kleinste Speichermenge, die des Sektors, liegt hier anstatt bei 512b bei 4096b. Durch diese Veränderung besteht die Gefahr einer Falschausrichtung der Partition und damit ein signifikanten Verfall der Festplatten/SSD Performance.

Was ist Partition Alignment?

Das folgende Schaubild stellt einen Ausschnitt der Festplatte und die Ausrichtung der Partition dar.

In diesem Fall nimmt eine einzige Partition den gesamten Festplattenspeicher ein. Sie ist ausgerichtet am ersten Sektor – Partition und Sektor beginnen an demselben Punkt.

Partitionen bestehen jedoch wie bereits erwähnt aus logischen Einheiten, den sogenannten Clustern. Dies wird in der folgenden Grafik dargestellt.

Man sieht, wie hier ein Cluster mit den jeweiligen Sektoren korrespondiert. Wenn Daten von dem Cluster gelesen werden sollen, erfolgt tatsächlich ein Zugriff auf zwei Sektoren. Da die Cluster im günstigsten Fall wie dargestellt an den Sektoren ausgerichtet sind, können Datenoperationen schnellstmöglich ausgeführt werden.

Im Folgenden wird nun dargestellt, wie es sich mi falsch ausgerichteten Partitionen verhält.

Falschausrichung von Partitionen

Warum können Partition falsch ausgerichtet werden? Das liegt daran, dass die physikalische Sektor Größe nicht mehr 512b beträgt. Wie erwähnt haben moderne Festplatten wie die von Western Digital oder auch SSD Festplatten 4096b große interne Sektoren. Deren Logik arbeitet mit 4K Stücken. Für die restliche inkompatible Hard- und Software sind diese Sektoren jedoch nur als 512b Sektoren zu erkennen, was in der folgenden Grafik in der mittleren Zeile dargestellt ist.

In dieser Grafik erkennt man die verschiedenen Datenlagen. Die unterste Lage beschreibt das physische Bauteil und dessen 4K Sektoren. Die Zweite Lage beschreibt die abstrakten externen Sektoren mit 512b Größe. Und über allem befinden sich die aktuellen Systemdaten innerhalb von Clustern, deren Größe von 2K vier abstrakten Sektoren und einem halben physikalische Sektor entspricht. 1 Cluster = 4 abtstrakte Sektoren = ½ physische Sektor.

Ebenfalls zu beachten ist, dass alle drei Lagen aneinander ausgerichtet sind. Wenn man also von einem Cluster lesen oder schreiben möchte, geschieht dies tatsächlich innerhalb von vier 512b Sektoren und in einem 4K Sektor. Das Speichergerät unternimmt so nur eine Lese-Schreib Operation; das führt zu maximaler Performance.

Allerdings verhält sich das anders, wenn logische Cluster relativ zu den anderen Levels verschoben werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Daten von einer Festplatte mit 512b Sektoren auf eine Festplatte 4K Sektoren kopiert werden:

Hier sieht man, dass die Partition vom Beginn der Speichereinheit zum ersten 512b Sektor verschoben wurde. Im Ergebnis liegen einige logische Cluster nun über zwei physikalischen 4K Sektoren (der zweite, vierte und sechste). Das führt dazu, dass für sämtliche Lese- und Schreiboperationen die doppelte Zugriffszeit benötigt wird, da eben doppelt so viele Lese- bzw. Schreiboperationen durchgeführt werden müssen. Die gesamte Festplatten/SSD Performance wird durch diese Falschausrichtung verschlechtert.

Die Aufgabe von dem Paragon Alignment Tool ist es, diese Falschausrichtung der Partition wieder zu korrigieren. Die Anwendung des Paragon Alignment Tool führt sodann zu einem signifikanten Performance Gewinn für alle Dateisystem Operationen.

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